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Proprietà colligative

Proprietà colligative delle soluzioni chimiche

In questa lezione vedremo che cosa sono le proprietà colligative di una soluzione. Vedremo quali caratteristiche hanno e quali proprietà di una soluzione sono dette colligative.

Un prerequisito essenziale per comprendere le proprietà colligative, è conoscere la differenza tra un elettrolita e un non elettrolita. Gli elettroliti sono sostanza che in soluzione acquosa si dissociano in ioni di carica opposta. È, ad esempio, un elettrolita il cloruro di sodio; NaCl, che in soluzione acquosa si dissocia nel seguente modo: NaCl → Na+ + Cl-. Allo stesso modo sono elettroliti il cloruro di calcio (CaCl2 → Ca2+ + 2 Cl-), l'acido cloridrico (HCl→ H+ + Cl-), ecc.

Sono invece non elettroliti quelle sostanze che, sciolte in acqua, non si dissociano in ioni di carica opposta. Sono esempi di non elettroliti l'alcool etilico, il glicerolo e il glucosio.

Fatta questa breve ma necessaria introduzione, vediamo cosa sono le proprietà colligative partendo da semplici esempi che riguardano la nostra vita quotidiana.

Che cosa sono le proprietà colligative?

La soluzione usata nei radiatori delle automobili, costituita da un anticongelante e acqua, presenta una temperatura di congelamento più bassa rispetto all'acqua pura.

Un campione di acqua marina, soluzione acquosa di sali (in prevalenza cloruro sodico), bolle a una temperatura superiore a quella dell'acqua pura.

La presenza di un soluto non volatile disciolto in un solvente modifica, pertanto, le proprietà della soluzione rispetto al solvente; queste modificazioni vanno sotto il nome di proprietà colligative.

Le proprietà colligative dipendono esclusivamente dal numero di particelle di soluto presenti nel solvente e non dalla loro natura chimica e fisica.

Così, ad esempio, una soluzione 0,01 M di glucosio (non elettrolita) presenta gli stessi valori colligativi di una soluzione, ad esempio, 0,005M in NaCl (NaCl → Na+ + Cl-); quello che importa è che nelle soluzioni esista lo stesso numero di particelle di soluto, indipendentemente dal fatto che esse siano tutte uguali o di due o più specie diverse, neutre o cariche elettricamente.

Allo stesso modo una soluzione 0,1 M di CaCl2 presenta valori colligativi tripli rispetto a una soluzione 0,1 M di glicerolo (C3H8O3). Infatti, a differenza del glicerolo, CaCl2 è un elettrolita che si dissocia in acqua nel seguente modo: CaCl2 → Ca2+ + 2 Cl-.

Risultano proprietà colligative:

  • pressione osmotica: è definita come la pressione idrostatica necessaria a impedire lo spostamento di un solvente puro in una sua soluzione attraverso una membrana semipermeabile.
  • abbassamento relativo della tensione di vapore: è definito come l'abbassamento della pressione di vapore di una soluzione rispetto a quella del solvente puro.
  • innalzamento ebullioscopico: è definito come l'incremento della temperatura di ebollizione di una soluzione rispetto a quella del solvente puro.
  • abbassamento crioscopico: è definito come l'abbassamento della temperatura di congelamento di una soluzione rispetto a quella del solvente puro.

Se due soluzioni danno valori uguali per una delle proprietà colligative, daranno valori uguali anche per le altre: ad esempio due soluzioni che hanno uguali valori della pressione osmotica (sono cioè isotoniche), hanno anche uguali valori della pressione di vapore (sono cioè isopiestiche) e uguali valori dell'innalzamento ebullioscopico e dell'abbassamento crioscopico.

Ciò è logica conseguenza del fatto che le proprietà colligative sono manifestazioni diverse di un unico fenomeno termodinamico: l'abbassamento della pressione di vapore del solvente per la presenza di un soluto non volatile.

Le proprietà colligative furono importanti per i primi chimici, perché fornivano informazioni sul numero di particelle di soluto presenti, e perciò sui pesi molecolari e i gradi di ionizzazione in soluzione.

Le proprietà colligative furono preziose anche ad Arrhenius perché egli poté mostrare che in soluzione erano presenti più particelle delle molecole di soluto sciolte e quindi che le molecole di soluto si erano dissociate in ioni.

Oggi le proprietà colligative sono utili per determinare le masse molecolari di sostanze incognite.

Esercizi sulle proprietà colligative

Li trovi al seguente link: esercizi sulle proprietà colligative.

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